SOLUNUM SİSTEMİ VE

EGZERSİZ

Egzersiz sırasında çalışan kaslar, ihtiyaç duydukları enerji için oksijen (O2) kullanır ve karbondioksit (CO2) üretir.

Akciğerler, hava ile kanın karşılaştığı organlardır. O2’nin atmosferdeki hava ile kan arasındaki transferini ve büyük bir kısmı metabolik olarak üretilen CO2’in vücuttan atılmasını sağlar.

Akciğerler ve kan arasındaki O2 ve CO2 değişimi ventilasyon ve diffüzyon sonucu oluşur.

Havanın akciğerlere mekanik olarak girip çıkması işlemine ventilasyon denir.

Diffüzyon ise, moleküllerin yüksek konsantrasyondan düşük oldukları konsantrasyona doğru yaptıkları rastgele hareketlerdir.

İstirahatten şiddetli bir egzersize geçilmesi, akciğerlere giren ve dışarı solunan hava hacminde değişikliğe neden olur. Bu miktar, dakikada 6 litreden 160 litreye kadar çıkabilir.

Akciğerlerin Temel Anatomisi

Akciğerler ve kaburgalar arasında yer alan bu iki zar ve aralarındaki sıvı ventilasyon sırasında meydana gelebilecek sürtünmeyi azaltır.

Hava burun veya ağız yolu ile boğaz olarak da bilinen farinks’e (hava ve yiyeceklerin ulaştığı yere) ulaşır.

Farinksten geçen hava ses tellerini içeren larinks’e (ses ve solunum organı) ve oradan da soluk borusu denilen trakea’ya ulaşır.

Trakeadaki hava vücut ısısına göre ayarlanır, filtre edilir, nemlenir ve akciğerlere ulaşır. Trakea akciğerlerde bronş’lara, ve daha sonrada bronşiol’lere ayrılır.

Bronşioller, gaz değişiminin meydana geldiği (O2’nin kana verilip CO2’nin alındığı) hava kesecikleri denilen alveol’lerde sonlanır.

Solunum bölgesi İletim bölgesi

Genel olarak, gaz değişimine katılmayan ağız, burun, larinks, trakea, bronşlar ve bronşiollere “iletim bölgesi” gaz değişiminin meydana geldiği alveollere ise “solunum bölgesi” adı verilir.

Akciğerlerdeki gaz değişimi alveollerde yapıldığından bu kesecikler vücuttaki organların hepsinden daha fazla kapiller damara (kılcal damar) sahiptir.

VENTİLASYON

Ventilasyon iki bölümden oluşur: inspirasyon ve ekspirasyon.

Havanın akciğerlere girişine inspirasyon, havanın akciğerlerden çıkışına ise ekspirasyon denir.

İnspirasyon (nefes alma)İnspirasyon sırasında kaburgalar ve

sternum (göğüs kemiği), interkostal kaslar ve aynı zamanda diafram kasılır göğüs kafesi ve akciğerler genişler ve hacmi artar.

• Bu durumda akciğerlerin içindeki basınç azalır.

• Basıncın yüksek olduğu dışardan, basıncın düşük olduğu akciğerlere doğru hava akışı meydana gelir ve hava içeriye girer.

Ekspirasyon (nefes verme)Diafram ve interkostal kaslar gevşer, göğüs

boşluğu daralır, akciğerler sıkışır, akciğer hacmi azalır, alveollerdeki basınç artar,

•ve hava akciğerlerden dışarıya doğru itilir.

Diafram

Ekspirasyon

İstirahat ventilasyonu :

İstirahat sırasında, MDV, cinsiyet ve vücut büyüklüğüne göre farklılıklar gösterir. İstirahat sırasında,ortalama solunum volümü 0.50 L (500 ml) solunum frekansı ise yaklaşık 12 soluk/dak’dır. Bu durumda, maksimum dakika ventilasyonu yaklaşık 6 L/dak olur.

Egzersiz ventiasyonu :

Egzersiz sırasında maksimum dakika ventilasyonu artar. Bunun en önemli nedeni, kasların kullandığı O2 ve ürettiği CO2 miktarının artmasıdır.

Yapılan egzersizin şiddetine bağlı olarak maksimal dakika ventilasyonu, erkeklerde 180 L/dak, bayanlarda ise 130 L/dak gibi değerlere ulaşabilir.

Solunum frekansı ise, özellikle de şiddetli egzersizler sırasında 12 soluk/dak'dan 35-45 soluk/dak’ya kadar çıkmaktadır.

Alveolar VentilasyonAlveollere ulaşan ve gaz değişimine uğrayan,

yani kapiller damarlardaki kanın oksijenlenmesini ve kandaki karbondioksitin akciğerlere geçişini sağlayan hava miktarına alveolar ventilasyon denir.

Alveolar ventilasyon; 1) Solunumun derinliği (yani solunum volümü), 2) Solunum frekansı ve 3) Anatomik ölü boşluk miktarı olmak üzere üç faktöre bağlıdır.

Anatomik Ölü Boşluk

Her solukta akciğerlere alınan havanın tümü alveollere ulaşmaz ve gaz değişimine katılamaz. İşte bu hava volümüne “Anatomik ölü boşluk” denir.

Akciğer Volüm ve Kapasiteleri

İnspirasyon yedek volümü (İYV), normal bir inspirasyonun ötesinde yapılan derin bir inspirasyon ile akciğerlere alınabilen (solunabilen) maksimal hava volümüdür.

Ekspirasyon yedek volümü (EYV), normal bir ekspirasyonun ötesinde derin bir ekspirasyon ile ekspire edilebilen (akciğerlerden dışarı verilebilen) hava volümüdür.

Rezidüel volüm (RV) ise maksimal bir ekspirasyondan sonra, akciğerlerde kalan hava volümüdür.

Vital kapasite (VK), maksimal bir inspirasyondan sonra akciğerlerden dışarı verilebilen, maksimal hava volümüdür. Vital kapasite, solunum volümü, inspirasyon yedek volümü ve ekspirasyon yedek volümün toplamından oluşur.

Total akciğer kapasitesi (TAK), maksimal bir inspirasyondan sonra akciğerlerde bulunan hava volümüdür.

İnspirasyon kapasitesi (İK), normal istirahat ekspirasyon düzeyinden sonra, maksimal bir inspirasyonla alınan hava volümüdür. İnspirasyon kapasitesi, solunum volümü ve inspirasyon yedek volümünün toplamıdır.

Fonksiyonel rezidüel kapasite (FRK), normal ekspirasyondan sonra akciğerlerde kalan hava volümüne denir ve ekspirasyon yedek volümü ve rezidüel volümden oluşur. Zorlu vital kapasite (ZVK), maksimal inspirasyondan sonra süratle ve zorlu olarak yapılan ekspirasyon ile verilen hava hacmidir.

Bu volüm ve kapasiteler vücut büyüklüğü ve vücut pozisyonuna bağlı olarak değişiklikler gösterir.

Gazların Kısmi Basıncı

Solunan hava bir gaz karışımıdır. Bir gaz karışımı içinde her bir gazın uyguladığı bireysel basınca “kısmi basınç“ adı verilir. Bu basınca parsiyel basınç da denilmektedir.

Solunan hava % 79.04 oranında nitrojen, % 20.93 oranında O2 ve % 0.03 oranında CO2’den oluşmaktadır.

Deniz seviyesinde atmosferik basınç (veya barometrik basınç) yaklaşık olarak 760 mmHg’dır.

Kanda Oksijen ve Karbondioksitin Taşınması

Oksijen kanda kırmızı kan hücrelerinde (= alyuvar = eritrosit) bulunan hemoglobine (Hb) bağlı olarak (% 98) ve kanın sıvı kısmında çözünmüş (% 2) olarak iki şekilde bulunur.

Çözünmüş O2 dokuların oksijen ihtiyacının küçük bir bölümünü karşılayabilir. Örneğin, istirahatte dakikada ihtiyaç duyulan toplam 250-300 ml oksijenin sadece % 3-4’ü çözünmüş oksijenden sağlanır.

HEMOGLOBİNİN YAPISI

Vücuttaki yaklaşık 4-6 milyar kırmızı kan hücresi içinde bulunan hemoglobinin O2 taşıma kapasitesi, plazmada çözünebilen O2’den 70 kat daha fazladır.

Her 100 ml kanda erkeklerde 14-18 gr, bayanlarda ise 12-16 gr hemoglobin bulunur.

Miktar olarak bir gram hemoglobin 1.34 ml oksijen ile birleşir.Her 100 ml kanda ortalama 15 gr hemoglobin bulunur ve bu da her 100 ml kanda 20 ml oksijen olduğu anlamına gelir. (15 x 1.34 = 20 ml)

Oksijen-Hemoglobin Ayrılma Eğrisi

Hemoglobinin oksijen ile birleşmesine oksihemoglobin (HbO2), oksijenden ayrılmasına ise deoksihemoglobin adı verilir.

Hemoglobinin O2 ile birleşmesini etkileyen çeşitli faktörler vardır. Bunlar ;

O2 ve CO2’in kandaki kısmi basınçları,

Kandaki 2,3-difosfogliserat (2,3-DPG) düzeyi, Kanın ısısı, pH değeridir.

Karbondioksitin Kanda Taşınması

Karbondioksit de O2 gibi kanda taşınır ve kanda 3 değişik şekilde bulunur.

Plazmada çözünmüş CO2 olarak,

Karbonik asitten ayrışan bikarbonat iyonu (HCO3¯) olarak,

Hemoglobine bağlı olarak.

EKSTERNAL VE İNTERNAL SOLUNUM

Oksijen Taşınması ve Dokular Tarafından Alımına Etki Eden Faktörler

Oksijenin dokulara taşınması ve dokular tarafından alınımı üç önemli değişkene bağlıdır;

1. Kandaki O2 miktarı

2. Kan akımının miktarı

3. Bölgesel koşullar

Egzersiz sırasında oluşan bir çok bölgesel değişiklikler kaslara giden ve kaslar tarafından alınan O2 miktarını etkiler.

Örneğin, egzersiz laktik asit üretimini artırır. Ayrıca egzersizden dolayı artmış olan metabolizma, CO2 konsantrasyonunu ve kas ısısını da yükseltir.

Bu da kaslara ulaşan O2 miktarının ve kullanımının artmasına neden olur.

Karbondioksitin Kaslardan Uzaklaştırılması

Doku ve kapiller kan arasındaki kısmi basınç farkına bağlı olarak, CO2 hücrelerden basit diffüzyon yolu ile uzaklaştırılır.

Egzersiz Sırasında Ventilasyon

Fiziksel aktivitenin başlaması ile birlikte solunumda iki aşamalı bir artış meydana gelir. Solunumda ani oluşan hissedilebilir artışı, solunum derinliğinde ve frekansında oluşan daha dereceli bir artış izler.

Pulmoner ventilasyon (L/dak)

Ventilasyon (L/dak) Oksijen tüketimi (L/dak)

Ventilasyonun Kırılma Noktası

Egzersiz şiddeti maksimuma doğru yükselirken, belli bir noktada solunum oksijen tüketimine oranla daha orantısız bir şekilde artar. Bu nokta “ventilasyonun kırılma noktası” olarak isimlendirilir.

Laktat eşiği ve Anaerobik Eşik: Oksijen tüketiminde bir artışa neden olmadan orantısız şekilde artan solunum, ventilasyonun kırılma noktasının laktat eşiği ile bağlantılı olabileceği fikrine neden olmuştur.

Ventilasyon değişim oranı (respiratory exchange ratio = RER), CO2 üretiminin O2 tüketimine olan oranıdır.

Asit-Baz Dengesinin Solunum Tarafından Düzenlenmesi

Karbonhidrat, yağ ve protein metabolizmaları sonucunda inorganik asit üretilir. Bu asitler ayrışarak vücut sıvılarındaki H+ iyonu konsantrasyonunu artırırlar.

Serbest H+ iyonu etkisini azaltmak için, kan ve kaslarda H+ iyonu ile birleşip onu tamponlayan veya nötralize eden bazı alkali maddeler bulunur.

Vücut sıvılarındaki H+ iyonu konsantrasyonu arttığında, pH değeri düşer. Bu duruma asidik durum veya asidoz adı verilir.

Vücut sıvılarındaki H+ iyonu konsantrasyonu azaldığında, pH değeri artar. Bu duruma da bazik durum veya alkaloz denir.

H+ iyonu konsantrasyonu genellikle pH değeri ile ifade edilir ve aralarında ters bir ilişki vardır.

Performansı Kısıtlayan Solunum Faktörleri

Dokularda oluşan tüm işlemlerde olduğu gibi, akciğer solunumu ve gazların taşınması için de enerji gerekir.

Solunum frekansı ve derinliği arttıkça, harcanan enerji de artar.

Maksimum egzersizlerde bile, ventilasyon kişinin maksimum kapasitesine (istemli olarak havayı akciğerlere taşımak için yapılan solunum) kadar zorlanmaz. Bu kapasite, maksimal istemli ventilasyon (MİV) olarak isimlendirilir.

Bazı araştırmacılar, birkaç saat süren zorlu solunumun (maraton koşusunda olduğu gibi) glikojen depolarının tükenmesine ve solunum kaslarının yorulmasına neden olabileceğini iddia etmişlerdir.

Havayolunun direnci ve akciğerlerdeki gaz diffüzyonu, normal ve sağlıklı kişilerde egzersiz yapmaya bir engel oluşturmaz.

Maksimal egzersizler sırasında bile, akciğerlerden gelen kan oksijen ile yaklaşık doymuş durumdadır. Ancak, çok şiddetli egzersizlerde normalin üzerinde oksijen tüketen kişiler, bazı solunum engellemeleri ile karşılaşabilirler.

Hava yollarının çapı, normalden daha dar olan kişilerde solunum sistemi performansı sınırlayabilir. Örneğin, astım hastalığı, bronşların daralmasına (bronkospazm) ve mukoz membranlarda ödeme neden olur.